当我们的身体进行剧烈运动时，我们会开始呼吸加快，试图将更多的氧气输送到正在工作的肌肉中。身体倾向于使用有氧方式产生大部分能量，这意味着需要氧气。然而，在某些情况下，比如躲避史前的剑齿虎或举起重物，需要的能量产生速度快于身体充分输送氧气的速度。在这些情况下，正在工作的肌肉会通过无氧方式产生能量。这种能量来自葡萄糖，通过一个称为糖酵解的过程，葡萄糖分解或代谢为一种称为丙酮酸的物质，这个过程需要一系列步骤。当身体有充足的氧气时，丙酮酸会被输送到有氧途径，进一步分解以获得更多能量。但是，当氧气受限时，身体会暂时将丙酮酸转化为一种称为乳酸的物质，这使得葡萄糖的分解，从而能量的产生得以继续。正在工作的肌肉细胞可以以高速率持续进行这种类型的无氧能量产生一到三分钟，在此期间，乳酸会积累到很高的水平。
高乳酸水平的一个副作用是肌肉细胞的酸度增加，以及其他代谢物的紊乱。允许葡萄糖分解为能量的相同代谢途径在这种酸性环境中表现不佳。从表面上看，正在工作的肌肉产生会降低其更多工作能力的物质似乎适得其反。实际上，这是身体的一种天然防御机制；它通过减缓维持肌肉收缩所需的关键系统来防止在剧烈运动期间造成永久性损伤。一旦身体慢下来，氧气就可以利用，乳酸会变回丙酮酸，从而允许持续的有氧代谢和身体从剧烈运动中恢复所需的能量。
与流行的观点相反，乳酸或通常被称为乳酸的积累并不是导致剧烈运动后几天内肌肉酸痛的原因。相反，在剧烈运动期间产生的乳酸和其他代谢物会导致活跃肌肉中经常感觉到的灼烧感，尽管确切的代谢物尚不清楚。这种通常令人痛苦的感觉也会让我们停止过度劳累身体，从而迫使身体进入恢复期，在此期间身体会清除乳酸和其他代谢物。
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在运动后立即检查乳酸水平的研究人员发现，乳酸水平与几天后感觉到的肌肉酸痛程度几乎没有相关性。这种迟发性肌肉酸痛（DOMS）是运动生理学家所称的，其特征是肌肉有时会严重压痛，以及力量和活动范围的丧失，通常在剧烈运动事件发生后24到72小时达到顶峰。
尽管DOMS的确切原因仍然未知，但大多数研究都指向实际的肌肉细胞损伤以及各种代谢物向肌肉细胞周围组织中的释放增加。这些对剧烈运动的反应会导致炎症-修复反应，从而导致肿胀和酸痛，这会在事件发生后一两天达到顶峰，并在几天后消退，具体取决于损伤的严重程度。事实上，肌肉收缩的类型似乎是DOMS发展的关键因素。当肌肉在负重的情况下伸长时——想象一下你弯曲的手臂试图接住一千磅的重物——肌肉收缩被称为离心的。换句话说，肌肉正在主动收缩，试图缩短其长度，但它失败了。这些离心收缩已被证明比典型的向心收缩导致更多的肌肉细胞损伤，在向心收缩中，肌肉在负重收缩期间成功缩短。因此，涉及许多离心收缩的运动，例如下坡跑步，即使在运动过程中肌肉中没有任何明显的灼烧感，也会导致最严重的DOMS。
鉴于剧烈运动后迟发性肌肉酸痛如此普遍，运动生理学家正在积极研究抗炎药和其他补充剂在预防和治疗这种肌肉酸痛方面的潜在作用，但目前尚未有明确的建议。虽然抗炎药似乎确实可以减轻肌肉酸痛——这是一件好事——但它们可能会减缓肌肉修复损伤的能力，这可能会对剧烈运动后几周的肌肉功能产生负面影响。